石墨烯的结构非常稳定,碳碳键(carbon-carbonbond)仅为1.42。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧,当施加外力于石墨烯时,碳原子面会弯曲变形,使得碳原子不必重新排列来适应外力,从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外,石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。芳香性:石墨烯具有芳香性,具有芳烃的性质溶解性:在非极性溶剂中表现出良好的溶解性。其他性质:可以吸附和脱附各种原子和分子,具有超疏水性和超亲油性。
实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(AndreGeim)和克斯特亚·诺沃消洛夫(KonstantinNovoselov)发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。
因此,在随后三年内,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。在发现石墨烯以前,大多数物理学家认为,热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以,它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
石墨烯化学性质很稳定,碳原子总体来说就很稳定,半衰期很长 。再问:碳原子第二层电子层有4个电子,而最外层电子有8个电子才是稳定的,碳为什么是稳定的?再答:单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构,外观、密度、熔点等各自不同,常温下单质碳的化学性质比较稳定,不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂,这里说化学性质,也就是不容易发生化学反应,就要看它的同素异形体了,比如金刚石的熔点超过3500℃,这就不容易发生化学反应了。